DE3608276A1 - Kontaktelement in form einer kontaktfederbuchse bzw. eines gefederten steckerstiftes und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktelement in Form einer Kontaktfederbuchse bzw. eines gefederten Steckerstiftes, mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, an ihrem einen Ende an einem Trägerteil festlegbaren Kontaktfedern, die zur Kontaktgabe mit dem Gegenkontakt radial gewölbt sind sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 25 58 003), sich bei der Her­ stellung von Kontaktfederbuchsen einer Kontaktfedermatte zu bedienen, die aus mäanderförmig gebogenem Kontaktfederdraht besteht. In dieser Kontaktfedermatte stehen die parallel zueinander verlaufenden Kon­ taktfederdrahtabschnitte miteinander über bogenförmig gekrümmte Abchnitte in Verbindung. Als nachteilig hat sich die Tat­ sache herausgestellt, daß ein bestimmter Krümmungsradius bei bogenförmiger Krümmung in der Praxis nicht unter­ schritten werden kann, woraus sich in nachteiliger Weise ein vorbestimmter Mindestabstand der Kontaktfederdraht­ abschnitte ergibt. Ganz abgesehen von der schwierigen Handhabung der Kontaktfedermatte aufgrung ihrer zwangsläufig gegebenen Dehnbarkeit hat sich vor allem die Tatsache als nachteilig herausgestellt, daß sich die bogenförmig gekrümmten Abschnitte einer Biegung um eine Achse paral­ lel zu den Kontaktfederdrahtabschnitten widersetzen. Die Überführung der Kontaktfedermatte in eine bleibende zylindrische Form setzt deshalb ein Tordieren der Kon­ taktfederdrahtabschnitte voraus, dessen Maß sich jedoch praktisch nicht vorbestimmen läßt. Kontaktfederbuchsen mit mäanderförmig vorgebogenem Kontaktfederdraht haben sich deshalb in der Praxis nicht durchsetzen können, ins­ besondere nicht in Fällen einer Kleinstbauweise.

Bei der Herstellung von Kontaktfederbuchsen be­ sonders kleiner Abmessungen (DE-PS 33 42 742) verarbei­ tet man deshalb nach wie vor Kontaktfederdrahtabschnitte, die einzeln in einen Buchsenkörper eingeführt werden. Dabei gelangen den Buchsenkörper bildende, in ratio­ neller Weise als Ziehteil vorgefertigte Hülsen in einer Wandstärke in der Größenordnung von 0,1 mm zur Anwendung, die sich von außen her leicht verformen lassen. Nach dem Einführen der Kontaktfedern werden die Buchsen an zwei in Bezug auf den Ringkörper bzw. den Ringansatz axial versetzten Stellen mit Abstand voneinander jeweils mit einer radial nach innen ragenden Ringwulst versehen. Diese Ringwulste gelangen an den Kontaktfedern zur An­ lage und geben ihnen die radial nach innen gerichtete Wölbung.

Bei Herstellung einer Kontaktfederbuchse abwei­ chenden Aufbaues (US-PS 30 23 789), bei der ebenfalls Einzelkontaktfedern zum Einsatz gelangen, werden letztere in einer starren Buchse längs Mantellinien eines Umdrehungshyperboloids angeordnet und mit ihren umgebogenen beiden Enden stirnseitig der Buchse auf letz­ terer festgepreßt. Nach diesem Verfahren hergestellte Kontaktfederbuchsen lassen zwar die angestrebte Kleinst­ bauweise zu. Von Nachteil ist hier jedoch, daß sich die Federenden nicht galvanisch veredeln lassen, daß zwi­ schen Stift und Buchse sehr enge Toleranzen eingehalten werden müssen, insbesondere aufgrund einer ungünstigen Federkennlinie und daß nur relativ wenige Kontaktfedern eingebaut werden können, wodurch der Stromübertragung Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach und kostengünstig herstellbares Kontaktfeder­ element der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe Vielfachsteckverbindungen mit geringem Raumbedarf für die Übertragung hoher Ströme trotz kleiner Steckkräfte herstellbar sind.

Das Kontaktelement nach der Erfindung, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, zeichnet sich im wesent­ lichen dadurch aus, daß die durch Abschnitte eines Kontaktfederdrahtes gebildeten Kontaktfedern minde­ stens an ihren einen Enden zu einer mattenartigen Kon­ taktfedereinheit quer miteinander verbunden und in radial gewölbten Zustand überführt sind und daß diese Einheit in eine das leichte Festlegen am Trägerteil durch Einklemmen oder dergleichen ermöglichende, im wesentlichen zylindrische Form gerollt ist.

Das erfindungsgemäße Kontaktelement ist mit dem fertigungstechnischen Vorzug verbunden, daß auf die Einzelzufuhr der Kontaktfedern zu einem Buchsenkörper verzichtet werden kann. Die vorbereitende Schaffung der Kontaktfedermatte aus Kontaktfederdrahtabschnitten, die endseitig miteinander verbunden sind, beseitigt auch das erhebliche Problem, das sich bei Einsatz einer mäan­ derförmigen Kontaktfedermatte gestellt hat, nämlich die Überführung in eine zylindrische Form, da keine bogen­ förmigen Übergangsdrahtbereiche vorhanden sind, die sich einer derartigen zylindrischen Formgebung widersetzen. Eine Torsionsbeanspruchung der Kontaktfederdrahtabschnitte innerhalb der Kontaktfederdrahtmatte bei deren Überfüh­ rung in zylindrische Form ist ebenfalls praktisch ausge­ schlossen. Dabei ist ferner eine einwandfreie radiale Wölbung der Kontaktfederdrahtabschnitte gewährleistet. Das den kennzeichnenden Aufbau aufweisende Kontaktelement bildet das wesentliche Grundbauteil bei Herstellung von Kontaktbuchsen bzw. Steckerstiften, bei denen eine einwandfreie Kontaktgabe mit einem minimalen Übergangs­ widerstand gegeben und dennoch beim Steckvorgang nur eine relativ geringe Steckkraft benötigt wird. Insbesondere für Vielfachsteckverbinder ist deshalb das Kontaktelement in besonderem Maße geeignet.

Als sehr zweckmäßig im Hinblick auf die elek­ trischen Eigenschaften des Kontaktelements hat es sich erwiesen, wenn die Kontaktfedern an ihren einen Enden metallisch leitend miteinander verbunden sind. In ferti­ gungstechnischer Hinsicht ist es sehr günstig, wenn die Kontaktfedern durch Laserverschweißung miteinander zu der mattenartigen Kontaktfedereinheit verbunden sind. Besondere praktische Bedeutung kommt einer Ausführung zu, bei der die Kontaktfedern mit Hilfe eines sich quer zu den Enden erstreckenden Begrenzungsbandes miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise sind die Kontaktfedern an ihren beiden Enden jeweils mit Hilfe eines Begrenzungs­ bandes miteinander verbunden.

Das Begrenzungsband kann durch einen normalen Ringdraht gebildet sein, der gegebenenfalls auf einer Seite, und zwar der den Stirnseiten der Kontaktfeder­ abschnitte zugewandten Seite abgeflacht ist. Zweckmäßi­ gerweise besteht das Begrenzungsband jedoch aus einem profilierten Formdraht, dessen Außenfläche mit der Achse der Kontaktfederdrahtabschnitte einen spitzen Winkel einschließt, da die Formdrahtaußenfläche so bei einer exzentrischen Annäherung des Gegenkontaks für dessen genaue Ausrichtung auf das Kontaktelement sorgt.

Eine besonders stabile und sichere Ausführung ergibt sich, wenn das Begrenzungsband durch ein im Querschnitt U-förmiges Kupferband gebildet ist, dessen beide Schenkel die Enden der aufeinanderfolgenden Kon­ taktfedern zwischen sich einschließen.

Die Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes gerichtet, das gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrens­ schritte: Anordnen von gleich langen Kontaktfederdraht­ abschnitten in vorbestimmtem Abstand und in zueinander ausgerichteter paralleler Lage, Zufuhr eines Begrenzungs­ bandes zu mindestens einem der Enden der Kontaktfedern und Verbinden der Kontaktfedern mit dem Begrenzungs­ band während des Vorschubs der Kontaktfedern quer zur Kontaktfederachse unter Bildung einer Kontaktfeder­ matte, radiales Auswölben der Kontaktfedern quer zur Ebene der Kontaktfedermatte, Aufbringen eines galvani­ schen Überzugs, Durchtrennen des bzw. der Begrenzungs­ bänder zur Bildung von Kontaktfedereinheiten sowie Überführen der Kontaktfedereinheiten in zylindrisch gerollte Form. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn vor dem zylindrischen Rollen der Kontaktfeder­ einheiten ausschließlich die der Stromübertragung dienen­ den gewölbten Bereiche außenseitig galvanisch mit einem Goldüberzug versehen werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich der Offenbarung aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten aus­ drücklich verwiesen wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verfahrens­ schritte zur Herstellung eines Kontakt­ elementes,

Fig. 2 und 3 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein Kontaktelement in Form einer Kon­ taktfederbuchse,

Fig. 4 und 5 eine Seitenansicht und eine Drauf­ sicht auf ein Kontaktelement in Form eines gefederten Steckerstiftes,

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Kontaktfederelement mit einem durch einen Runddraht gebildeten Begrenzungsband,

Fig. 7 einen Schnitt durch ein Kontaktfeder­ element mit einem durch einen profilierten Formdraht gebildeten Begrenzungsband,

Fig. 8 einen Schnitt durch ein aus zwei Kontakt­ federeinheiten zu einer Doppeleinheit zu­ sammengefaßtes Kontaktfederelement,

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Trägerstift mit einem auf ihn festgelegten Kontaktelement in Form eines gefederten Steckerstiftes,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Trägerbuchse mit einem in ihr festgelegten Kontaktelement in Form einer Kontaktfederbuchse, und

Fig. 11 einen Schnitt durch eine Doppelträger­ buchse mit zwei in ihr festgelegten Kon­ taktelementen in Form je einer Kon­ taktfederbuchse.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der der Her­ stellung der Kontaktelemente dienende Kontaktfederdraht 1 aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung von einer Spule 2 kommend gerichtet und mit einem Schneidwerkzeug 3 in Abschnitte 4 übereinstimmender Länge zerteilt. An­ schließend werden sie mit Hilfe einer nicht näher ver­ anschaulichten Transportvorrichtung in Richtung des Pfeiles 5 quer zu ihrer Achsrichtung weiterbewegt. Mit der Fördergeschwindigkeit der Abschnitte 4 wird von Spulen 6 und gegebenenfalls auch 7 den stirnseitigen Enden der in vorbestimmtem Abstand zueinander vorbeweg­ ten Abschnitten 4 jeweils ein Begrenzungsband 8 bzw. 9 in gerichtetem Zustand zugeführt. An schematisch ange­ deuteten Befestigungsstationen 10 bzw. 11 erfolgt eine Verbindung der Enden der Kontaktfedern 4 mit den Begren­ zungsbändern 8 bzw. 9, und zwar durch Verschweißung , vorzugsweise Laserverschweißung unter Bildung einer Kon­ taktfedermatte 12.

Im Zuge der Förderstrecke befinden sich Biege­ bzw. Formstempel 13, von denen einer in um 90° verschwenk­ ter Lage schematisch veranschaulicht ist. Mit Hilfe die­ ser Stempel 13 erhalten die Kontaktfedern 4 eine radiale Auswölbung quer zur Ebene der Kontaktfedermatte 12, wo­ bei sich der Abstand der Begrenzungsbänder 8 und 9 von­ einander entsprechend verringert. Die Kontaktfedermatte 12 durchläuft anschließend eine Galvanikstation, von der schematisch Aufnahme- bzw. Tranportrollen 14 ver­ anschaulicht sind. In z.B. vernickeltem Zustand er­ hält die Kontaktfedermatte 12 im Bereich der Kontakt­ stellen eine Hochveredelung, z.B. mit Gold, und zwar mit Hilfe einer schematisch veranschaulichten Benetzungs­ vorrichtung 15, bei der es sich um eine Titanelektrode mit Textilbespannung zum Benetzen der Kontaktstellen handeln kann. Von der Kontaktfedermatte 12 wird mit Hilfe einer Schneideinrichtung 16 ein Mattenabschnitt gewünschter Länge abgetrennt, der in einem anschließen­ den Bearbeitungsschritt zylindrisch gerollt wird. Ent­ weder erhält das sogebildete Kontaktelement, wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht, die Form eines gefederten Steckerstiftes 17 oder, wie in Fig. 4 und 5 veranschau­ licht, die Form einer Kontaktfederbuchse 18. Im ersten Fall erfolgt der zylindrische Rollvorgang derart, daß die radialen Wölbungen 19 nach außen gerichtet sind, wogegen sie im zweiten Fall nach innen gerichtet sind.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, wie die Kontaktfeder­ drahtabschnitte 4 stirnseitig jeweils mit einem Begren­ zungsband 8 und 9 in Form eines Runddrahtes verbunden sind. Gemäß Fig. 7 können auch profilierte Formdrähte 8′ bzw. 9′ als Begrenzungsbänder zum Einsatz gelangen. Während das Begrenzungsband 9′ rechteckigen Querschnitt besitzt, ist das Begrenzungsband 8′ so geformt, daß es mit einer seitlichen Schulter 20 an den Abschnitten 4 seitlich anliegt. Die dadurch erreichte Verbreiterung des Begrenzungsbandes 8′ in Verbindung mit der schrägen Außenfläche 21, die mit der Achse der Kontaktfedern 4 einen spitzen Winkel einschließt, stellt sicher, daß bei exzentrischer Annäherung des nicht veranschaulich­ ten Gegenkontaktes für dessen genaue Ausrichtung auf das Kontaktelement gesorgt ist.

In Fig. 8 ist eine abgewandelte Ausführung veranschaulicht, bei der das Begrenzungsband 8 bzw. 9 durch ein im Querschnitt U-förmiges Kupferband gebil­ det ist, dessen beide Schenkel die Enden der aufeinander­ folgenden Kontaktfedern 4 zwischen sich einschließen. Überdies ist in dieser Fig. 8 die Möglichkeit der Zusammenfassung zweier mattenartiger Kontaktfederein­ heiten über ein ihnen gemeinsames mittleres Begrenzungs­ band 22 unter Bildung einer den Einsatz als Doppelbuchse ermöglichenden Doppeleinheit veranschaulicht.

Fig. 9 zeigt sehr schematisch die Möglichkeit der Anordnung des in Form eines gefederten Stecker­ stifts 17 ausgebildeten Kontaktelements auf einem Trägerstift 23. Umgebördelte Ränder 24 bzw. 25 dienen der Lagesicherung des gefederten Steckerstiftes 17.

Fig. 10 zeigt die Möglichkeit des Einsatzes des in Form einer Kontaktfederbuchse 18 ausgebildeten Kon­ taktelements in einer Trägerbuchse 26 und Fig. 11 ver­ anschaulicht die Festlegung von zwei Kontaktfederbuch­ sen 18 in koaxialer Lage innerhalb einer ihnen gemein­ samen Doppelträgerbuchse 27.

Der Trägerstift 23 und die Trägerbuchsen 26 bzw. 27 sind, wie die Fig. 9 bis 11 zeigen, in herkömmlicher Weise hergestellte Drehteile. Insbesondere bei Kleinst­ bauweise mit nur ca. 0,1 mm starken Kontaktfedern 4 bieten z. B. die Kontaktelemente in Form der Kontaktfederbuchse 18 demgegenüber die vorteilhafte Möglichkeit, in als Ziehteil vorgefertigten Hülsen mit einer Wandstärke von 0,1 mm eingesetzt und durch einfaches Umbördeln der Hülsenränder in ihnen fest­ gelegt zu werden. Dies kann auch inVerbindung mit einem Aufpressen des einen Hülsenrandes auf einen vergleichs­ weise einfacher ausgebideten Trägerstift erfolgen.

Claims (10)

1. Kontaktelement in Form einer Kontaktfeder­ buchse (18) bzw. eines gefederten Steckerstiftes (17), mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, an ihrem einen Ende an einem Trägerteil festlegbaren Kon­ taktfedern (4), die zur Kontaktgabe mit dem Gegenkon­ takt radial gewölbt sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch Abschnitte eines Kontakt­ federdrahtes gebildeten Kontaktfedern (4) mindestens an ihren einen Enden zu einer mattenartigen Kontakt­ federeinheit (12) quer miteinander verbunden und in radial gewölbten Zustand übergeführt sind und daß diese Einheit in eine das leichte Festlegen am Trägerteil durch Einklemmen oder dergleichen ermöglichende, im wesentlichen zylindrische Form gerollt ist.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (4) an ihren einen Enden metallisch leitend miteinander verbunden sind.

3. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (4) durch Laserverschweißung miteinander zu der mattenartigen Kontaktfedereinheit (12) verbunden sind.

4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (4) mit Hilfe eines sich quer zu den Enden erstreckenden Begrenzungsbandes (8 bzw. 9) miteinander verbunden sind.

5. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (4) an ihren beiden Enden jeweils mit Hilfe eines Begrenzungs­ bandes (8, 9) miteinander verbunden sind.

6. Kontaktelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsband durch einen profilierten Formdraht (8′) gebildet ist, dessen Außenfläche (21) mit der Achse der Kontaktfedern (4) einen spitzen Winkel ein­ schließt.

7. Kontaktelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichenet, daß das Begrenzungsband (8, 9) durch ein im Querschnitt U-förmiges Kupferband gebildet ist, dessen beide Schen­ kel die Enden der aufeinanderfolgenden Kontaktfedern (4) zwischen sich einschließen.

8. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mattenartige Kontaktfedereinheiten (12) über ein ihnen gemeinsames Begrenzungsband (22) zu einer den Einsatz als Doppelbuchse ermöglichenden Doppel­ einheit zusammengefaßt sind.

9. Verfahren zur Herstellung von Kontaktele­ menten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anordnen von gleich langen Kontaktfederdrahtabschnitten (4) in vorbestimmtem Abstand und in zueinander ausgerichteter paralleler Lage, Zufuhr eines Begrenzungsbandes (8) zu mindestens einem der Enden der Kontaktfedern (4) und Verbinden der Kontaktfedern mit dem Begrenzungs­ band während des Vorschubs der Kontaktfedern quer zur Kontaktfederachse unter Bildung einer Kontaktfedermatte (12), radiales Auswölben der Kontaktfedern quer zur Ebene der Kontaktfedermatte, Aufbringen eines galva­ nischen Überzugs, Durchtrennen des bzw. der Begrenzungs­ bänder (8, 9) zur Bildung von Kontaktfedereinheiten sowie Überführen der Kontaktfedereinheiten in zylindrisch gerollte Form.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem zylindrischen Rollen der Kontaktfedereinheiten ausschließlich die der Stromübertragung dienenden gewölbten Bereiche außen­ seitig galvanisch mit einem Goldüberzug versehen sind.